從中國硼行業(yè)現(xiàn)狀看產業(yè)結構調整的緊迫性

仲劍初，寧桂玲（1.大連理工大學化工學院，遼寧大連116024；2.遼寧省硼鎂資源化工與新材料工程技術研究中心）

綜述與專論

從中國硼行業(yè)現(xiàn)狀看產業(yè)結構調整的緊迫性

仲劍初1，2，寧桂玲1，2
（1.大連理工大學化工學院，遼寧大連116024；2.遼寧省硼鎂資源化工與新材料工程技術研究中心）

通過對國內外硼礦資源的分布及加工利用現(xiàn)狀的分析，從資源、技術、規(guī)模、市場和創(chuàng)新等角度出發(fā)，剖析中國硼工業(yè)與國外硼工業(yè)的差距，探尋目前舉步維艱困境產生的原因。在資源、技術、規(guī)模存在差距的情況下，指出中國硼工業(yè)應以創(chuàng)新為動力，結合國家重大戰(zhàn)略需求進行產品結構調整和產業(yè)升級，才能使硼產業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

硼工業(yè)；結構調整；技術創(chuàng)新

近年來，隨著國外硼化學品的大量進口，中國的硼行業(yè)受到巨大沖擊，中國的基礎硼產品硼砂和硼酸的市場份額逐年下降，生產舉步維艱。產生這種狀況的原因是多方面的，既有資源品位低、生產技術落后和生產規(guī)模小的原因，也有經營理念和創(chuàng)新動力不足的因素。筆者從資源、技術、規(guī)模、市場和創(chuàng)新等角度出發(fā)，通過對中國硼行業(yè)現(xiàn)狀的分析，找出差距，提出解決硼行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的思路和方向。

1　國外硼資源分布及利用現(xiàn)狀

1.1國外硼資源分布狀況

世界上擁有硼資源的國家和地區(qū)不多，硼資源主要分布在土耳其、美國、俄羅斯、智利和中國等國家。從大地構造看，全球硼礦基本集中在環(huán)太平洋和地中海構造帶內。根據礦物的起源和地質環(huán)境，可將含硼礦物分為三大類：1）與硅酸鹽和鐵氧化物等侵入巖有關的矽卡巖礦物；2）與海洋沉積有關的鎂氧化物；3）與大陸沉積和火山活動有關的水合鈉鈣硼酸鹽。其中前兩類代表性礦物為硅硼鈣石（datolite，俄羅斯）和纖維硼鎂石（szaibelyite，中國），第三類代表性礦物包括硼砂（borax）、四水硼砂（kernite）、硬硼鈣石（colemanite）和鈉硼解石（ulexite），這類礦物主要分布在土耳其、南美和美國。據美國地質調查局（U.S.Geological Survey）2013年統(tǒng)計資料顯示，目前世界硼礦儲量約為1.7億t（以B2O3計，下同），儲量基礎約為4.1億t［1］。

土耳其是世界上硼資源儲量最多的國家之一，其硼的儲量約占世界硼儲量的60%，硼酸鹽礦藏主要分布在土耳其小亞細亞半島的安納托利亞高原的西部。土耳其主要的硼礦類型有天然硼砂（tincal）、硬硼鈣石、鈉硼解石和白硼鈣石（priceite）。據土耳其Eti Maden公司介紹，土耳其幾種礦石總儲量為30億t，礦石中B2O3的平均品位高達25%［2］。據美國地質調查局2013年統(tǒng)計資料介紹，土耳其硼資源儲量為6 000萬t，儲量基礎為1.5億t［1］。

據美國地質調查局2013年統(tǒng)計資料顯示，美國的硼資源儲量為4 000萬t，儲量基礎為8 000萬t［1］。1856年在美國加州首次發(fā)現(xiàn)了硼酸鹽礦，其后在20世紀的大半時間里加州一直占據著世界硼酸鹽生產的主導地位。美國的硼礦主要集中在加利福尼亞南部，重要的礦床及產地為克拉茂（Kramer）、死谷（Death Valley）和西爾斯湖（Searles Lake）等，其中以克拉茂最著名［2］?？死退拦扰鸬V的形成與土耳其的硼礦床相似，均為晚第三紀構造火山活動期間在大陸盆地內沉積形成?？死鸬V是僅次于土耳其柯卡（Kirka）礦的第二大硼酸鈉礦，B2O3品位高達25%，主要硼礦物為硼砂和四水硼砂，其次為賦存于主礦層之上和之下的鈉硼解石和硬硼鈣石。

南美是世界上硼資源儲量較多的地區(qū)之一，其硼礦主要分布在智利、阿根廷、玻利維亞和秘魯?shù)葒?，沿安第斯山脈形成一個礦帶。在智利、阿根廷、玻利維亞和秘魯4國交界處885 km長的地帶上分布有40多個硼礦床，含硼礦物主要為鈉硼解石和硼砂，平均品位在20%以上。智利的硼資源儲量為3 500萬t［1］，主要為鈉硼解石礦，礦床分布在智利北部與玻利維亞和阿根廷交界處。較大的鈉硼解石礦有蘇里萊干鹽湖（Salar de Surire）。蘇里萊干鹽湖的鈉硼解石平均品位為25%，礦石儲量高達10億t［2］。

據美國地質調查局2013年統(tǒng)計資料顯示，俄羅斯的B2O3儲量為4 000萬t，儲量基礎為1億t，僅次于土耳其，與美國并列第二［1］。1946年在俄羅斯遠東的濱海邊疆區(qū)達利涅戈爾斯克（Dalnegorsk）發(fā)現(xiàn)了一個大型硅硼酸鹽礦床。達利涅戈爾斯克的礦床為鈣矽卡巖型，主要礦物包括硅硼鈣石、硅灰石、石榴石、石英、方解石和鈣鐵輝石等，礦石中B2O3質量分數(shù)為6%～16%。該礦自1959年開始開采，是目前俄羅斯最大的商業(yè)硼礦物基地［2］。

1.2國外硼資源利用現(xiàn)狀［2］

土耳其生產的硼化工產品主要是硼砂和硼酸。硼砂生產的原料為天然硼砂礦，通過物理方法可將天然硼砂富集到B2O3質量分數(shù)為32%和48%，因此加工成本較低，市場競爭力很強。目前，五水硼砂年產量達100萬t，單套裝置規(guī)模達到20萬t/a以上。硼酸生產以高砷含量的硬硼鈣石為原料，以硫酸為浸取分解劑。在90℃下，將硬硼鈣石用硫酸浸取，浸取后的料漿過濾分離后，母液中主要含硼酸，采用真空蒸發(fā)結晶器結晶獲得硼酸。硼酸年產量為35萬t，單套裝置規(guī)模達到12萬t/a以上。

美國硼砂集團是英國力拓礦業(yè)集團（Rio Tinto Minerals）的全資子公司，是世界最大的精制硼酸鹽生產商。在克拉茂礦附近，公司建有工廠加工礦石生產硼酸和硼砂，廠區(qū)內還生產無水硼酸鈉和硼酐。硼酸生產線使用高品位的四水硼砂礦作為原料，采用硫酸分解的工藝生產，硼酸單套裝置規(guī)模為20萬t/a。硼砂生產線使用高品位的硼砂礦和四水硼砂作為原料，采用簡單的物理分離和純化技術生產五水硼砂，單套裝置規(guī)模達到20萬t/a以上。

Quiborax公司是智利唯一的硼產品生產企業(yè)，也是南美最大的硼酸鹽生產廠家之一。該公司以品位為25%以上的鈉硼解石礦為原料，采用硫酸分解工藝生產硼酸。單套裝置規(guī)模達到13萬t/a以上，生產設備和工藝先進。

綜上所述，國外硼礦資源品位高、資源優(yōu)勢明顯、基礎硼產品硼酸和硼砂的生產工藝先進、產品質量好、規(guī)模效益高，具有較強的市場競爭性。

2　中國硼產業(yè)的差距及結構調整的必要性

2.1中國硼資源分布狀況［2］

中國西藏的天然硼砂在歷史上就享譽世界，由于受交通條件的限制，不能滿足國家國防和經濟建設大規(guī)模發(fā)展的需求。建國后，經過地質人員的辛勤努力，在全國13個省和自治區(qū)都發(fā)現(xiàn)了含硼礦物。截至2004年底，已探明的硼礦資源儲量為58 668萬t，B2O3組分儲量為5 040萬t，位居世界第四位。

遼寧省探明的B2O3組分儲量為2 873萬t，占全國儲量的57%，保有B2O3儲量為2 603萬t，占全國儲量的56%。遼寧鳳城翁泉溝硼礦區(qū)是中國最大的硼礦，B2O3組分儲量為2 185萬t，硼的綜合品位（B2O3）為7.23%。遼寧省大型和特大型硼礦區(qū)已探明B2O3儲量見表1。

表1　遼寧硼礦類型及儲量

青海省的硼資源儲量居全國第二位，已知礦產地35處，歸并為10處礦床。大型礦床有大柴旦湖、小柴旦湖、一里坪、西臺吉乃爾湖和察爾汗鹽湖5處，中型礦床1處（東臺吉乃爾湖），小型礦床4處。累計探明B2O3儲量為1 174.1萬t，其中固體礦為462.1萬 t、液體礦為 712萬 t。保有 B2O3儲量為1 155.2萬t，其中固體礦為450.4萬t、液體礦為704.8萬t。硼礦床集中分布在柴達木盆地內流區(qū)，主要為鹽湖沉積型、鈉硼解石和柱硼鎂石（pinnoite，MgB2O4·15H2O）為主的硼礦床。大柴旦湖硼礦床是青海最大的硼礦床，累計探明儲量 （以B2O3計）在630萬t以上，約占全國儲量的12.5%，其B2O3質量分數(shù)為9%～14%，最高達31%。

西藏地區(qū)擁有的硼儲量在全國是最多的，但能計入資源的硼儲量居全國第三位。西藏地區(qū)的固體硼礦由鹽湖沉積而成。班戈湖-色林錯硼礦是天然硼砂礦床，屬大型貧硼礦床，大多數(shù)為B2O3質量分數(shù)為0.25%～1.5%的表外硼礦，局部富集有硼砂礦體，B2O3質量分數(shù)為20%～35%。阿里地區(qū)革吉縣扎倉茶卡以庫水硼鎂石（kurnakorite，Mg2B6O11·15H2O）為主，其次為柱硼鎂石和鈉硼解石，以及少量多水硼鎂石（inderite，Mg2B6O11·15H2O）。在聶爾錯湖區(qū)改則縣的吉布茶卡湖區(qū)也發(fā)現(xiàn)了同類硼礦床。目前已探明的儲量：扎倉茶卡礦B2O3儲量為137.6萬t；B2O3質量分數(shù)≥30%的富礦125萬t（以B2O3計）。聶爾錯湖區(qū)為中型礦，吉布茶卡為小型礦。在改則縣倉木錯湖區(qū)發(fā)現(xiàn)了以鈉硼解石礦為主的硼礦床，已探明B2O3質量分數(shù)≥20%的鈉硼解石礦儲量為230萬t，累計探明B2O3儲量達161.87萬t。

2.2中國硼資源利用現(xiàn)狀［2］

由于中國硼鎂石資源主要是低品位硼鎂礦，共生礦多為鎂的硅酸鹽或碳酸鹽，因此基本上是以纖維硼鎂石為原料采用碳堿法分解硼礦制造硼砂。碳堿法是用Na2CO3和CO2反應劑在加壓（0.6～1.0 MPa）條件下于130～140℃與硼礦粉反應，反應結果硼轉化為Na2B4O7，礦石中可反應的鎂轉化為碳酸鎂。其缺點是礦石需要焙燒、生產過程排出大量硼泥、反應時間較長。硼砂單套裝置規(guī)模在1萬～3萬t/a。

中國的硼酸生產主要以高品位的遼寧和青藏硼鎂礦為原料，采用硫酸分解的“一步法”生產。由于硼鎂礦中硼鎂分離的問題，導致這種工藝生產成本較高、產品質量較低?！耙徊椒ā币?guī)模較小，單套裝置規(guī)模普遍在2 000～5 000 t/a。近些年來，在山東等地建設了一些單套裝置規(guī)模為2.5萬t/a的 “二步法”硼酸生產線，主要以進口的五水硼砂為原料，采用硝酸復分解反應生產硼酸和硝酸鈉。

2.3中國硼產業(yè)的差距及結構調整的必要性

通過上述介紹可知：國外的硼砂和硼酸產品，主要以高品位的天然硼砂礦、硬硼鈣石礦和鈉硼解石礦為原料，采用大型先進的設備和裝置進行生產。土耳其和美國五水硼砂單套裝置規(guī)模達到20以上，硼酸單套裝置規(guī)模也達到10萬～20萬t/a。硼礦原料露天機械化開采，生產自動化程度高、生產效率高、產品質量高，具有較強的市場競爭力。

中國硼砂和硼酸的生產主要以品位較低的硼鎂礦為原料，采用較為復雜的工藝和低效的設備進行生產。硼酸單套裝置規(guī)模低于5 000 t/a，硼砂單套裝置規(guī)模低于3萬t/a。生產自動化程度低、工藝設備落后、工藝路線長、生產效率低、產品質量差，市場競爭中處于劣勢。

目前世界硼產品的年消耗量為450萬t，亞洲是最大的市場。在世界硼產品市場方面，土耳其Eti Maden公司的基礎硼產品市場占有率已達到45%～50%，計劃將來將市場份額擴大至75%～80%，這將進一步使中國基礎硼產品的市場份額下降。

從近10年國產硼砂和硼酸在國內市場份額的變化可以看出中國基礎硼產品的劣勢。表2和表3是近10年中國基礎硼產品市場變化情況。從表2可以看出，2006年至2014年，國產硼酸產品的市場份額基本維持在50%左右，近年來市場份額稍高于50%是因為山東等地硝酸“兩步法”硼酸的產量增大的原因。硫酸“一步法”硼酸的市場份額實際是下降的，只占市場份額的20%左右。

表2　近10年中國硼酸產量、進口量及表觀消費量　萬t

表3　近10年中國硼砂產量、進口量及表觀消費量　萬t

國產硼砂的市場份額變化更能說明中國硼產業(yè)形勢的嚴峻性。由表3可以看出，近10年中國十水硼砂的年產量在2007年達到峰值38萬t以后逐年下降，2014年已降至23萬t，市場份額也由2005年的53.6%降至2014年的18.7%。

更為嚴峻的是，2015年在進口硼酸和硼砂產品的低價沖擊下，中國基礎硼產品生產廠家停工率接近40%，而且還有進一步加劇的趨勢。通過上述硼資源、生產技術和市場份額的對比分析，中國基礎硼產品與國外同行業(yè)相比存在以下差距。

1）資源品位差距。美國硼礦品位一般在25%以上，儲量超過4 000萬t（以B2O3計，下同）；土耳其硼礦品位平均在25%以上，儲量超過6 000萬t；南美硼礦品位在25%左右，儲量為4 000萬t以上。對比之下，中國硼礦經過近50年的開采，品位逐年下降，大部分硼礦品位低于12%，遼寧地區(qū)用于生產硼酸品位在18%以上的硼礦不超過300萬t，而大量以硼鐵礦形式存在的硼礦資源品位只有5%～7%。

2）規(guī)模效益差距。美國硼砂集團硼酸及硼酸鹽產量為60萬～80萬t/a，土耳其Eti Maden公司五水硼砂產量達100萬t/a、硼酸產量達35萬t/a，俄羅斯安納戈麥什-伯爾公司硼酸產量為10萬t/a，智利Quiborax公司硼酸產量為10萬t/a。中國有硼砂生產企業(yè)30余家，合計生產能力為50萬t/a以上，平均生產能力不足2萬t/a，而產量在1萬t/a以上企業(yè)不到20家，這些企業(yè)主要分布在遼寧、吉林、西藏、青海等地。中國硼酸企業(yè)規(guī)模也普遍偏小，總生產能力為20萬t/a以上，平均生產能力不足5000t/a。

3）產品質量差距。因為硼礦品位、生產規(guī)模、生產自動化程度和管理方法等方面的差異，中國 “兩硼”產品純度和產品質量的穩(wěn)定性要低于進口產品。在硼精細化學品和含硼材料方面，中國雖有40余種產品，但主要集中在高能耗和低端的產品領域，與美國、日本、德國、意大利和俄羅斯等國相比還有不小的差距。美國的含硼產品品種較為齊全，已達到150種以上；日本是一個硼資源匱乏的國家，全靠進口含硼原料，但其硼化物品種達近百種；德國在六方氮化硼、碳化硼等方面技術先進，意大利在核級硼酸領域具有優(yōu)勢，俄羅斯在有機硼和立方氮化硼等領域世界領先。中國硼行業(yè)由于受資源種類和品位的限制，基礎硼產品欲從技術、生產規(guī)模和產品質量方面獲得突破十分困難，在硼精細化學品領域也處于粗放加工階段，因此行業(yè)發(fā)展必須轉變思路，以創(chuàng)新為驅動進行產品結構調整和產業(yè)升級。

3　結合國家重大需求進行結構調整

通過前面的分析可知目前中國硼產業(yè)舉步維艱的原因是多方面的。國家“十三五”規(guī)劃大力提倡創(chuàng)新驅動、結構優(yōu)化、產業(yè)升級，因此硼行業(yè)也遇到了較好的發(fā)展機遇。在這種創(chuàng)新驅動、產業(yè)升級的大環(huán)境下，尋找硼行業(yè)的出路以及如何做至關重要。

產品結構調整和產業(yè)升級，應以市場為導向，結合國家重大戰(zhàn)略需求，實施產、學、研、融相結合的技術創(chuàng)新體系建設戰(zhàn)略，才能實現(xiàn)行業(yè)的產品、技術和產業(yè)創(chuàng)新。

新能源是中國“十三五”期間重點發(fā)展的產業(yè)之一，核能是其中的一個主要領域。中國未來核電的發(fā)展將十分迅猛，因此核用含硼材料的需求量將大增。中國現(xiàn)有核電站均使用俄羅斯或意大利的進口核電硼酸，但外方相關技術保密。這種涉及國家發(fā)展戰(zhàn)略核心問題方面，迫切需要解決高端硼材料生產的技術問題，需要開發(fā)國有化核電高純硼酸。大連理工大學近10年來開發(fā)了多種高純硼酸生產技術，包括螯合結晶法、硼酸酯水解法、相轉化法等，其中大連理工大學開發(fā)的基于相轉化的硼酸酯水解制備核電級高純硼酸技術已經通過中試階段，進入工業(yè)化試驗階段。由于核級硼酸的開發(fā)符合國家重大發(fā)展戰(zhàn)略需求，該項目獲得了國家工信部強基項目支持。

高科技領域是中國今后結構調整的重點戰(zhàn)略發(fā)展方向。氮化硼具有優(yōu)異的耐化學腐蝕、耐高溫、耐輻射，良好的透波性、電熱性，以及高強度、高模量等力學性能，傳統(tǒng)的磨具材料、道具材料、封裝材料、涂料等在國家重點發(fā)展的高科技領域如航空航天、國防、電子等行業(yè)具有廣泛的應用。由于氮化硼顆粒材料的合成方法對條件要求苛刻，目前中國生產的氮化硼結晶度低、粒度小、純度低、品質差，影響在高科技領域（航空發(fā)動機、戰(zhàn)機等）的應用，因此簡單易行的氮化硼顆粒材料的合成方法成為熱點，也是硼行業(yè)今后要重點發(fā)展的方向。

循環(huán)發(fā)展和綠色工業(yè)是“十三五”期間的重點發(fā)展方向之一，在硼行業(yè)的結構調整過程中，體現(xiàn)在減少環(huán)境污染、實現(xiàn)資源的循環(huán)利用和綜合利用。結合新能源技術，大連理工大學與俄羅斯的大學合作，利用俄羅斯等離子體技術優(yōu)勢，在成功實現(xiàn)以油頁巖為原料生產玻璃纖維的基礎上，根據硼泥組成與礦渣組成的相近性，開發(fā)以硼礦渣（包括硼泥、鐵尾礦渣等）為原料，通過等離子體法制備礦物棉的生產技術。

“十三五”開局之際，中國硼產業(yè)在結合國家重大戰(zhàn)略需求、以創(chuàng)新驅動為動力、實現(xiàn)行業(yè)產品結構調整和產業(yè)升級的過程中，技術創(chuàng)新應分兩步走：1）對有一定技術積累的技術和產品進一步加大科技投入，力爭在“十三五”期間有所突破，達到以點帶面的作用，為中國硼產業(yè)的結構調整起到引導作用，如硼礦綜合利用、無定型硼粉、六方氮化硼、硼10酸、核級硼酸、生態(tài)硼肥、高端碳化硼等；2）在此基礎上進行行業(yè)整合，做強做大企業(yè)，做一些有前瞻性的規(guī)劃，進行必要的技術積累，保證未來硼產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

通過政府職能部門的政策引導、行業(yè)協(xié)會的頂層設計，企業(yè)、高校和研究院所應搭建產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，充分利用創(chuàng)新聯(lián)盟平臺技術創(chuàng)新的引領和支撐作用，凝聚行業(yè)共識，促進行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

4　結語

在中國硼行業(yè)發(fā)展面臨機遇與挑戰(zhàn)的關鍵時期，政府相關職能部門的正確引導、行業(yè)協(xié)會的頂層設計，對凝聚行業(yè)共識、促進行業(yè)發(fā)展至關重要。倡導企業(yè)、高校和研究院所組建產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，是實現(xiàn)創(chuàng)新驅動、促進產業(yè)升級的引擎。在創(chuàng)新聯(lián)盟的架構內，立足科學發(fā)展、結合國家重大需求、圍繞轉變增長方式，調整產品結構、發(fā)展循環(huán)經濟、實現(xiàn)節(jié)能減排等主題，集中力量加以突破，來提升硼產業(yè)的發(fā)展動力和核心競爭力。

［1］U.S.Department of the Interior，U.S.Geological Survey.Mineral commodity summaries 2013［M］.Reston，Virginia：U.S.Geological Survey，2013：32.

［2］全躍.硼及硼產品研究與進展［M］.大連：大連理工大學出版社，2008.

聯(lián)系方式：ninggl@dlut.edu.cn

The urgency for reshaping China′s boron industry structure on its current situation

Zhong Jianchu1，2，Ning Guiling1，2
（1.School of Chemical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China；2.Liaoning Provincial Chemical Process and Advanced Materials Research Center on B&Mg Natural Resources）

Based on the analysis of the distribution of boron mineral resources in China and abroad and the status of its processing and utilization，the difference between China′s and foreign boron industries was found from the aspects of resources，technology，scale，market，and innovation，and the problems faced by China′s boron industry were also discussed.In the case of resource，technology and scale，China′s boron industry should be developed to carry out structural adjustment and product upgrading based on innovation as the driving force and combined with the state strategic needs，so as to realize the boron industry′s sustainable development.

boron industry；structural adjustment；technological innovation

TQ128

A

1006-4990（2016）03-0001-04

2015-12-25

仲劍初（1964—），男，博士，副教授，研究方向為礦產資源綜合利用及精細無機化學品合成，發(fā)表論文60余篇。

寧桂玲（1958—），博士，教授，博導。